關于低溫電除塵關鍵技術研究與應用

撫順遼電運營管理有限公司 單 闖

隨著人們對環境保護的重視程度日益提高，鍋爐、電除塵器在大氣污染處理上需要取得突破和改善。低溫電除塵技術致使電氣除塵效率提高，不僅滿足低排放的要求事項，還可以減少電力消費、下游設備規格的減少以及消除SO3的大部分脫硫水使用的比率等。因此，對低溫電除塵技術系統性研究較為重要。

1 低溫電除塵技術的效率

與普通電機集振技術相比，低溫電除塵器除塵效率有較大提升，主要原因是：一是使煙塵中產生的硫酸比電阻值更要低一些，然后再將硫酸煙灰的冷凝溫度，逐步降低到硫酸露點溫度以下時的最大濃度SO3。此時，硫酸霧會被迅速冷凝和擴散到硫酸塵埃表面，使這種硫酸粉塵物質自身的各種物化反應性質發生了相應變化，使粉塵的電阻率降低。在大型燃煤電廠，溫度驟然降低會導致使鍋爐粉塵排放低于鍋爐電阻本身。

二是電壓升高。根據經驗公式計算，一般煙氣溫度每降低100℃，電場的破壞電壓就提高3%左右。在實際應用中，有效地避免了反日冕，因此破壞電壓的上升會更大。

三是減小了煙霧量。煙的溫度降低，煙的量就會降低，高于集塵面積，同時增加粉塵停留在電場的時間。

四是平均顆粒密度增大。煙氣溫度迅速降落到硫酸露點溫度以下，煙氣灰中析出的一大部分SO3粒子凝聚即成硫酸霧并附著覆蓋在塵埃表面，促進形成了許多微小粉塵粒子的聚集，平均粒徑迅速增大，這項應用有利于顯著提高煙氣除塵處理效率[1]。

2 低溫電除塵技術研究現狀

2.1 低溫腐蝕

隨著煙氣溫度降低，煙氣中析出的一大部分SO3會在大氣中迅速冷凝并形成大量具有一定腐蝕性氣體的硫酸霧。對于煙霧溫度如果低于酸露點溫度時是否可能會引起發生設備低溫腐蝕，一些學者通過試驗研究報告結果表明，合適的ESP入口粉塵濃度下SO3仍能持續凝聚黏附在粉塵表面，不會再引起設備的腐蝕。據三菱重工的研究數據結果分析顯示，三菱重工所供應的火力發電廠所用的低溫電機在硫黃灰塵濃度比大于10倍時，腐蝕率幾乎等于0，因此也沒有可能發生嚴重低溫電機腐蝕等問題。

2.2 二次揚塵問題

在低濕低溫電聲除塵的系統環境中，次生粉塵濃度對凈化煙氣的排放效率起到決定性作用，應著重采取一些治理次生粉塵污染的綜合措施。一是采用離線振動除塵技術。振動現象發生時可以切斷通道周圍的氣流，使之停電，使其獲得更好的清潔凈化效果，提高技術效果。二是出口密封內的氣流分布于出口處板，導致未能及時捕獲而造成二次飛揚的粉塵。

2.3 灰斗堵塞問題

由于對溫度要求普遍較低，材料本身的空氣流動性能力也降低，容易因此形成縫隙堵塞。根據國家標準，三菱重工提出的相應問題的治理措施對策：一是增加灰料斗的卸角灰。二是灰斗的內部墻壁不僅高度上還需加強隔熱或保溫，在其墻壁下部還設計了蒸汽加熱器或電加熱器以輔助進行高溫有效蒸汽的加熱，強化的蒸汽加熱管內須涂抹一層遠紅外線涂料，以有效保證使其下泄排灰道保持通暢。三是灰斗的外框內壁上可適量涂用可增加其內部墻壁光滑度的防滑材料。

3 低溫電機除塵技術的改善措施及其應用

3.1 第二次揚塵應對措施

低溫除塵器經處理之后的除塵煙氣溫度通常均限制在酸露點以下，提高到了整個除塵系統電機性能和整個除塵系統裝置效率，大幅度降低了粉塵比電阻，使除塵器二次粉塵的總揚塵率得以有所節制逐步增加。同時，為達到目的進一步防止除塵二次揚塵，可以再分別考慮采取下面這兩種防塵治理工藝措施，即盡可能適當合理的逐步增加除塵器電機系統的有效供電設備容量，同時考慮增加大氣流通擴散的有效面積，降低有害粉塵煙氣顆粒的空氣流通或擴散的速度，設置一種比較穩定合適的電場量。也可選擇采用旋轉電極式電除塵技術或離線振動技術。

同時，可以積極采取了以下技術措施：其一配備離線振打系統。離線振打技術的系統配置，在ESP有若干個煙氣通道，其進出口相關位置設置有煙氣擋板，通過關閉需要振打煙氣通道的擋板，同時對該煙氣通道內的電場停止供電，并通過風量調整措施防止相鄰通道煙氣流量大幅增加，降低二次揚塵。其二由于低溫電除塵器開始運行后放電極上會附著粉塵，且附著程度會隨著時間的推移而加劇。放電極因為粉塵附著而變得肥大后會導致電暈電流不均一，集塵板上電流較少的部分不僅集塵少，而且與集塵板的黏附力、粒子間的凝聚力減弱，易產生脫落揚塵。相比在低溫ESP中因為放電極的粉塵附著程度、電極臟污而造成的電暈電流不均勻與低溫ESP的情況基本相同，但是因為低溫ESP中粉塵的比電阻高，在集塵板上的荷電吸附力也較高，一般不會發生脫落揚塵現象。為解決這一問題，采用了不易受粉塵黏附影響的新型放電極（針刺左右不變但是長度更長），從而可以保持電流密度分布均勻，能夠將電流較小的區域的二次揚塵抑制在最小。

3.2 防止灰斗腐蝕、堵灰

為有效防止由于露水凝結造成道路的突然閉塞，需要采取適當溫度需要使用大面積的蒸汽爐加熱路面或路面用電加熱，加熱面溫度要超過灰斗溫度的2/3。

3.3 灰斗蒸汽的加熱

低溫電除塵器的煙氣溫度低，因而集積余灰的相應溫度低，灰的流動性就差。因此，為防止灰在灰斗內進一步降溫而導致灰斗堵灰，在低溫電除塵器設計時要求灰斗加熱面積大于灰斗高度的2/3。

3.4 清洗絕緣體熱風

低溫電除塵器由于煙氣溫度在酸露點以下，絕緣體等位置容易被局部結腐蝕，故在電振器上安裝了熱風清掃系統。在實際運行中，熱風發生器的運行溫度數據沒有上傳到上位計算機，沒有相應的報警機制，因此發電廠的相關監視人員不能直接發現熱風發生器的問題。而且，電機維修人員沒有接受相應的培訓，在檢查設備時無法判斷設備是否正常運行，導致設備長期不正常運行得不到維修[2]。

4 低溫電除塵技術的基本原理和特點

4.1 低溫電除塵技術的基本原理

我國燃煤電廠鍋爐煙囪的鍋爐設計排煙溫度值一般均為120～130℃，實際在運行期間的實際鍋爐設計排煙溫度數值比鍋爐設計溫度值高20～50℃，遠遠高于煙點溫度。排煙爐溫度過高就會降低產生的鍋爐效率、電除塵效率、脫硫銷售效率低下以及增加脫硫水消耗量等問題，低溫電除塵技術是解決上述問題的有效方法。采用低溫電除塵技術，可瞬間將低電集塵器的入口煙氣溫度快速降低到酸雨點溫度以下，較大地提高電集塵凈化效率，同時抓住高效率SO3，確保了燃煤余熱電廠排放滿足低硫排放限值要求，有效減少了PM2.5排放。

低煙低溫電熱除塵器技術的工藝基本原理一般是指，通過煙氣冷卻器系統或通過煙氣熱交換系統，來將電除塵器入口部分的煙氣溫度逐步降低到耐酸露水以下，溫度從120～130℃降低到約90℃。在硫酸吸收塔和SO3的濕式聯合脫硫反應系統過程中，SO3溶液被迅速冷凝即成了顆粒直徑相對較窄小的硫酸氣溶膠，而且聯合脫硫反應溶液本身對高濃度SO2水的硫酸吸收的速度又遠遠地快到于SO3，去除硫酸吸收塔里的硫酸氣溶膠效果較差。

煙氣介質中高濃度的硫化氫SO3能與高濃度水蒸氣發生結合并產生大量硫酸霧，在煙氣系統中滯留的大量灰塵所吸附而中和，抵抗力明顯降低，這樣就會被電動減震器捕捉到。同時在吸收塔后增加再熱器，利用煙氣余熱抬升煙氣溫度，防止下游設備腐蝕，無煙氣泄漏，可以徹底消除白煙及石膏雨。該技術不僅保證了更高效率的除塵效果，還可以有效解決下游設備的防腐蝕難題。

4.2 提振效率高

由于硫酸煙氣溫度常明顯低于硫酸露點溫度，煙氣過程中產生大量SO3產物并與硫酸大部分水蒸氣相結合，產生來的大量硫酸霧水會直接被在硫酸煙氣過程中被吸附著的大量二氧化硫灰塵吸附、中和，比灰塵抵抗明顯減少，有效地消除了反日冕現象，提高了電塵清除效率。此外，由于電站煙氣溫度相對降低，煙氣流速隨之降低，使進入電站塵埃中停留的時間隨之增加，提高了塵埃聚集面積，電場的擊毀電壓也提高了除塵效率。

4.3 SO3有效地分離氣體和PM2.5

根據全球脫硝系統技術水平及其生產裝備結構的整體進步速度，以及轉型升級需求及電廠可持續穩定發展環境的實際要求，目前國內火力發電廠煤煙管理方法正處于從傳統工業煤煙處理階段迅速向煙氣綜合凈化處理技術階段迅速轉變過程（主要包括PM2.5，重金屬hg，SO3等污染物控制）。在硫酸吸收塔和SO3的濕式聯合脫硫反應系統過程中，SO3溶液被迅速冷凝即成了顆粒直徑相對很窄小的硫酸氣溶膠，而且聯合脫硫反應溶液本身對高濃度SO2水的硫酸吸收的速度又遠遠地快到于SO3，去除硫酸吸收塔里的硫酸氣溶膠效果不好。因去除率低，煙氣溫度低而產生煙氣系統終端設備的嚴重腐蝕問題，同時也是造成青煙、酸雨等大氣污染問題的根源。目前，火力發電廠將SO3氣體處理提高到一個新的高度，低溫電機除塵技術有效地消除了SO3氣體，將排放控制在合理限度內。電振器入口處的硫酸煙氣溫度較快被降低到了硫酸露點溫度以下，氣態SO3即逐漸變冷成了液態的硫酸霧。

由于電除塵器中的硫酸吸入口粉塵濃度含量較高，灰塵顆粒的總質量相對的表面積也就較大，為進一步防止液態硫酸霧粉塵顆粒凝結，創造出一種良好且穩定的粉塵過濾環境條件。根據我國目前相關研究試驗技術表明，國內主流的濕式鍋爐煙塵高效脫硫與凈化技術設備系統中的SO3煙氣脫硫率提高較為一般，約在30%，但可以通過使用低溫電除塵技術，使其SO3的煙塵脫硫凈率進一步提升，能達到90%及以上（具體煙氣的硫比（d/s），即煙氣灰塵濃度和硫酸霧濃度之比）。綜上所述，低溫除塵技術較大提高了煙氣除塵系統效率，減少了大量PM2.5直接排放，去除掉了部分SO3，減少控制大氣煙塵中有機硫酸鹽氣溶膠顆粒（二次生成的PM2.5）等的污染生成。

4.4 低溫除塵適應性與防腐控制

研究表明，低溫電除塵技術及其配合熱交換器的腐蝕程度與回硫比有關，形成合適的回硫比該項技術的重要環節，防止設備發生腐蝕。

該項系統技術借鑒一些國外環保先進處理技術，結合了我國燃煤火力發電廠污染的嚴重實際排放情況，進行系統創新設計開發，形成比較適合當今我國國情需求的節能新型綜合環保工程管理應用技術模式和工藝。低溫電除塵技術還可迅速將燃燒電機內的有害空氣煙氣溫度直接降低到酸露水溫度以下，較大提高電廠除塵煙氣效率，同時還可有效去除集震區SO2，使燃煤火力發電廠排放滿足極低污染物排放指標要求。其同樣還能有效地大幅減少空氣中PM2.5污染物的總排放量。還可以直接回收利用燃燒回收出的部分熱量。國內有多家重點燃煤電廠先后成功研制、啟動生產了高效低溫電除塵器，證明應用該先進技術完全能夠滿足國內環保超低排放煤標準，具有良好的規模經濟效益優勢和很廣闊的市場前景。

5 應用前景

低溫電除塵技術具有低溫煙氣溫度低、除塵效率高、SO3有效除氣、發電運營費用低、可靠性高等特點，同時國內外多個燃煤電廠低溫除塵器的成功投運證明，通過進行了脫硫，通過脫硝設備的合作，低溫電除塵技術可有效滿足最新超低排放要求。該項新技術的開發和應用，不僅擴大了電除塵器的覆蓋面，也為節能減排開辟了新的途徑。

6 應用現狀

一是根據國際相關試驗研究，硫黃分子中的硫化氫比例大于10時，低溫腐蝕率則為0。由于國內目前使用由三菱重工業啟動裝置的低溫電除塵器材料中含有硫黃分子的硫化氫比例一般為大于100，所以不存在低溫電振器中的硫低溫腐蝕問題。但是，高濃硫煤的最佳工作溫度狀態研究還沒有正式得到大規模工程實際應用，要充分注意到煤種特性的季節性變化問題和對高硫煤應用帶來的重大影響。

二是以低溫電除塵器出口煙塵中第二揚塵為主要素材，采取第二揚塵防治措施，可以采用離線振蕩或移動電極除塵技術。

三是低溫電機除塵脫硫技術具有較高的煙氣除塵處理效率，SO3去除率最高可達到90%及以上。該脫硫技術將是未來環保型的燃煤余熱電廠中的一種優先的除塵技術工藝，還可以考慮與一些其他先進成熟環保技術系統進行系統優化組合，作用較多。

四是該項系統技術借鑒一些國外環保先進處理技術，結合我國燃煤火力發電廠污染的嚴重實際排放情況，進行系統創新設計開發，形成比較適合當今我國國情需求的節能新型綜合環保工程管理應用技術模式和工藝。低溫電除塵技術還可迅速將燃燒電機內的有害空氣煙氣溫度直接降低至酸露水溫度以下，提高了電廠除塵煙氣效率，同時還有效去除集震區SO2，使燃煤火力發電廠排放滿足極低污染物排放指標要求。

7 總結

國內有多家重點燃煤電廠先后成功研制啟動生產了高效低溫電機集成器，證明應用該先進技術完全能夠滿足國內環保超低排放煤標準，具有良好的規模經濟效益優勢和廣闊的市場前景。這幾項環保新技術研究成果的相繼開發并得到應用，不僅顯著擴大改善了低溫電塵器裝置的有效使用范圍，還開辟出了我國實現電力節能高效減排工作的新途徑。